摘要:高频超声是超声技术前沿研究领域，可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息，在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先，介绍了超声换能器基本理论；然后，论述了高频超声换能器技术发展现状、面临技术难题及解决途径，并结合高频超声换能器研制实例予以说明；最后，对高频超声换能器技术进行了讨论与展望。

摘要:为解决某冷轧连退线平整机在平整汽车板高强钢时常出现的表面振痕问题，对平整机辊系和传动系统进行了多轮次现场振动加速度测试，并进行了时域和频域分析。结合传动系统啮合频率计算，认为传动系统工作不良是引起辊系振动的直接原因。建立六辊平整机机座系统的三维有限元模型，针对其固有特性进行仿真，计算得到平整机易激发振动的主要频率，通过与产生振痕时减速箱齿轮啮合频率对比，可确定减速箱齿轮的啮合冲击造成平整机的强迫振动，并引发带钢振痕。提出了使轧制速度避开系统固有频振区的抑振对策并投入工业生产实践，汽车板高强钢振痕缺陷年改判量降低了近90%。

摘要:理论推导了U型、V型和梯形3种柔性蒙皮支撑结构面内横向无量纲化弹性模量与其平面几何参数（壁厚系数t、高度系数h、形状系数k）之间的关系：其等效弹性模量随t增大而增大，随h增大而减小，随k增大而减小。采用ANSYS软件进行了有限元模拟并通过实验对其面内力学特性进行验证。同样参数条件下，3种结构面内横向刚度从大到小依次为V型、U型和梯形。说明梯形结构具有更强的变形能力，产生同样的变形需要的能量最小。对3种结构的面法向刚度进行了有限元仿真和实验比较，其面法向刚度随几何参数的变化规律与面内等效弹性模量相似；在相同等效面法向气动载荷作用下, 3种结构面法向位移大小依次为梯形、U型和V型。对3种结构拉伸前后不同载荷作用下的面法向最大位移进行实验测量，发现面法向刚度在拉伸后都有较大提升，在产生相同的面法向位移情况下，承受的压强平均提高了30%~60%。

摘要:提出一种基于局部切空间排序（local tangent space alignment，简称LTSA）和相关向量机（relevance uector machine，简称RVM）相结合的复合材料结构损伤演化与预测模型。针对复合材料结构损伤特性，采用疲劳振动试验进行结构损伤预测研究。首先，采用总体平均经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，简称EEMD）方法对多传感器采集的复合材料结构健康信息进行自适应分解，得到不同传感器下的多个本征模态分量（intrinsic mode function，简称IMF），并对IMF进行希尔伯特（Hilbert）变换，得到相应的Hilbert边际谱能量作为各传感器的特征信息；然后，采用LTSA进行多特征降维融合得到特征能量，对降维融合后得到特征能量采用距离形态相似度方法定义结构健康指数；最后，将结构健康指数作为建模数据，创建RVM预测模型，并通过预测结构健康指数完成复合材料结构损伤预测研究。验证结果表明，该模型可有效地对复合材料结构损伤进行预测。

摘要:为更好地实现液压泵故障定量诊断，对故障定量诊断中的退化特征提取和故障程度诊断方法进行研究。针对排列熵算法的不足，提出空间信息熵(spatial information entropy, 简称SIE)的概念，分析了空间信息熵3个参数（时间序列的分区数s、相空间重构的嵌入维数m和延迟时间τ）变化对其性能带来的影响，为其选取提供了依据。仿真分析结果也验证了其作为液压泵退化特征的有效性和优越性。基于空间信息熵算法提取液压泵故障退化特征集，针对退化特征与故障程度之间存在的非线性关系，提出采用果蝇优化算法优化参数的支持向量回归机实现液压泵的故障定量诊断。对实测液压泵振动信号分析结果表明，空间信息熵在表征液压泵故障程度方面具有更好的性能。将果蝇算法优化参数的支持向量回归机用于液压泵的故障定量诊断得到了理想的定量诊断效果，并通过对比分析验证了提出的支持向量回归机模型的有效性和优越性。

摘要:为了解决精密加工设备的微位移隔振问题，研制了一种以压电陶瓷为作动器的智能微位移主动隔振系统。在现有数据采集系统和激振器的基础上搭建了相应的实验平台，提出将模糊-比例积分微分（fuzzy-proportional integral derivative，简称Fuzzy-PID）算法理论应用到微位移的主动隔振控制中，在实验室虚拟仪器工程平台 (labor atory virtual instrumentation engineering workbench，简称LabVIEW)环境下开发了整个系统的算法控制程序，分别在扫频、随机和正弦激励信号下进行了微位移主动隔振实验。实验结果表明，受控后的振动位移大幅度降低，验证了该方法对微位移主动隔振的有效性。

摘要:为优化超磁致伸缩换能器的工作性能、提高输出振幅，基于预应力对磁致伸缩效应的作用机理，建立了饱和磁致伸缩系数与预应力的关系模型。提出磁致伸缩灵敏度的概念，建立其与预应力和外磁场强度之间关系的理论模型。以超声换能器输出振幅最大为目标，提出以磁致伸缩平均灵敏度最大为准则的最佳预应力值确定方法。实验结果表明：随着预应力的增大，磁致伸缩平均灵敏度存在极大值，该预应力可在一定驱动磁场强度下获得最大的超声振幅，由此验证了磁致伸缩灵敏度模型的正确性和最佳预应力确定方法的可行性。提出的最佳预应力模型对超磁致伸缩换能器设计中预应力的选择具有指导意义，有助于大振幅超磁致伸缩换能器的设计及应用。

摘要:建立了卫星飞轮隔振系统的力学模型，研究了在弹性支撑下飞轮转动与进动共同作用下飞轮隔振系统的固有频率变化规律。通过理论分析得出，飞轮逆向进动频率与飞轮转动分频在低频段交汇，会诱发隔振系统的低频共振。进行了飞轮隔振系统的动力学试验，验证了系统的固有频率存在频率漂移现象，同时证明飞轮在高转速下会诱发系统在低频区域的共振。提出了增加系统阻尼的方法来抑制低频共振现象，试验表明，该方法可有效减缓频带漂移诱发的低频共振问题。

摘要:针对传统运行工况传递路径分析(operational transfer path analysis，简称OTPA)存在的不足，通过理论和试验分析，提出基于Tikhonov正则化方法的OTPA反问题模型。首先，分析Tikhonov正则化方法的理论优势，给出Tikhonov正则化参数选择的依据，同时调节电机转速获得不同运行工况数据，利用奇异值分解方法研究壳体结构的振动传递路径，分析传统OTPA算法总贡献量误差及路径贡献量估计精度；其次，分析运行工况数据是否满足Picard条件，提出基于Tikhonov正则化方法的OTPA算法，并分析Tikhonov正则化参数对所提出算法的影响。分析结果表明，所提出的方法显著减小了总贡献量和路径贡献量误差以及路径误判现象。该研究可为振动噪声监控与减振降噪提供理论依据。

摘要:以奇异值分解理论为理论基础，通过对奇异值分解矩阵的架构分析，提出了滑移矩阵序列的架构方法。以该方法为指导，引入差异谱、主奇异和、最大特征值重构和最优化滤波器设计等方法，成功实现了滚动轴承故障特征提取。试验数据分析结果表明，提出的基于滑移矩阵序列奇异值分解的故障特征提取技术对于滚动轴承微弱冲击故障特征具有优越的识别和提取能力，对实现滚动轴承强噪声背景下的故障诊断具有重要意义。

摘要:建立了一种包含设备、隔振器、筏架和基础的全柔性浮筏隔振系统的动力学模型。首先,将设备自由振速引入到浮筏隔振系统建模中，提高了模型精度；然后,利用四端参数模型的思想，将筏架的点到点导纳矩阵表示为四端参数网络模型；最后,采用阻抗综合法完成总系统动力学方程，该模型简洁且通用性强。通过数值算例验证了本模型的正确性和有效性，并分别讨论了筏架刚性与柔性以及隔振器参数对隔振效果的影响。所提出的方法对浮筏系统隔振效果的工程计算和设计具有较为重要的理论价值。

摘要:针对传统履带车转向力学模型不考虑离心力的影响，为了准确计算履带车实际转向过程中的各个转向性能参数，在深入研究履带车转向机理的基础上，建立了综合考虑离心力和履带滑移/滑转等影响因素下的履带车转向数学模型，并以某一具体车型为例进行了数值求解。研究结果表明：车辆转向过程中产生的离心力会对转向性能产生影响，与传统转向模型分析结果相比，考虑离心力影响时的履带接地段压力呈现梯形状分布并非传统上认为的均匀分布；车辆在黏性度大的土壤上行驶时履带的滑移/滑转也会影响转向性能。实车试验也验证了模型的正确性。该研究成果为履带车的设计与优化以及平稳转向控制等提供理论依据。

摘要:由于航天器在轨运行时产生的微振动会对其成像质量和指向精度等关键工作性能产生较大影响，通过地面试验测试航天器各活动部件的微振动特性对航天器的减振/隔振设计至关重要，为此研制了两种微振动测试平台：应变式微振动测试平台（strain microvibrations testing platform，简称SMTP）和压电式微振动测试平台（piezoelectric microvibrations testing platform，简称PMTP）。为了获得高精度的测试结果，分别针对SMTP和PMTP开发了高精度的标定方法，并通过试验测试对两种测试平台的工作性能进行检验。结果表明,SMTP和PMTP的测试误差分别在±1.10%和±4.94%以内，且二者对同一微振动的振动幅值的测试误差在±4.36%以内。

摘要:针对滚动轴承发生故障时振动信号幅值分布的峭度和歪度都会发生变化的特点，提出基于峭度-歪度的局部均值分解分量筛选准则，将峭度值和歪度绝对值最大的分量筛选出来并重构故障信号，以达到降噪的目的。对降噪后的信号进行增强包络谱分析，得到故障的特征频率。应用提出的新方法对实测的滚动轴承外圈、滚动体和内圈发生故障时的振动信号分别进行了分析。结果表明，基于峭度-歪度的局部均值分解分量筛选准则有效地降低了信号中的噪声，在此基础上应用增强包络谱有效地减少带内噪声影响，从而使故障特征信息凸现出来，有利于对滚动轴承的各种故障进行诊断。

摘要:提出了一种融合最小熵解卷积（minimum entropy deconvolution, 简称MED）和谱峭度（spectral kurtosis, 简称SK）的轴承循环冲击类故障检测方法。利用最小熵解卷积得到消噪信号，若能检测到轴承故障特征则完成诊断过程，否则对消噪信号进行谱峭度分析选取最佳滤波器参数，对滤波信号进行二次滤波。通过包络谱检测确定是否存在故障及故障类型。实验室信号及工程案例的分析结果验证了该方法在检测轴承局部故障中的有效性和优越性。

摘要:为了研究盘式制动系统参数对制动颤振的影响，建立了二自由度的动力学模型，利用Matlab进行数值仿真，分别研究了制动初速度、制动压力、阻尼和刚度等因素对制动系统动力学特性的影响。根据得到的位移曲线和相图可以看出：随着制动初速度的增大，系统黏滞阶段持续时间减少，并逐渐进入稳定运动状态；制动压力相对较小时，制动系统处于稳定状态，随着制动压力的增大，摩擦片和制动盘的振动幅值也随之增大，振动强度变大；在阻尼增大的过程中，摩擦片和制动盘均由起初的纯滑动运动状态进入稳定运动状态，且达到稳定运动状态的时间也逐渐缩短；摩擦片在相对较小的制动刚度下即可达到稳定状态，而制动盘则需要有较大的刚度才能达到稳定状态。

摘要:光学元件表面面形误差属于非平稳空间信号，为了在分离光学元件表面各频段面形误差的同时尽可能保留原始信号各频段的细节特征，结合超精密抛光的球面光学元件表面特点，提出一种基于双树复小波变换（dual tree complex wavelet transform，简称DTCWT）的自适应分离法。利用DT-CWT的多分辨分析、方向性好和良好的时频局部化分析能力等特点，对实测的抛光光学元件表面进行DT-CWT的多尺度分解，并在重构时加入自适应影响因子，成功分离了各频段的面形误差。通过对经DT-CWT直接分离法与DT-CWT自适应分离法得到的高、中、低频面形误差进行参数表征， 实验证明基于DT-CWT自适应分离法更为有效地分离光学元件各个频段的面形误差及误差特征，便于后续的识别与评定工作。

摘要:针对如何提高滚动轴承故障诊断准确率的问题，提出一种基于平滑伪维格纳-威利分布（smooth and pseudo WignerVille distribution, 简称SPWVD）时频图纹理特征的故障诊断方法，对滚动轴承不同故障类型及故障程度进行识别。首先，采用SPWVD时频分析方法处理轴承故障振动信号，并获取时频图，从中提取选择表征能力优秀的特征参量作为故障特征；其次，将故障特征作为输入，结合支持向量机（support vectors machine,简称 SVM）建立滚动轴承故障诊断模型；最后，采用轴承故障数据，比较SPWVD时频图纹理特征、维格纳威利分布（Wigner-Ville distribution, 简称WVD）时频图纹理特征和小波尺度谱图纹理特征3种故障特征的模式识别能力及准确率。分析结果表明，SPWVD时频图纹理故障特征分类效果最佳，敏感性最强，具有较高的故障诊断精度。

摘要:为了研究结构抗连续倒塌鲁棒性，基于地震作用下框架结构受力特征，结合备用荷载路径法与动力时程分析法，提出了结构鲁棒性定量分析方法，并根据震级震中距条带地震动记录选取方法选取随机地震动记录进行算例分析和验证。研究表明，结构的鲁棒性优劣是一个相对概念，与外部作用强度呈反相关关系；通过定量分析结构鲁棒性，可以在多个结构方案筛选时提供一定的参考；降低重要构件的损伤风险，对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置提供可靠保护，加强构件之间相互联系，提高备用荷载路径的可靠性，能够增强结构的鲁棒性。

摘要:针对恒速状态移动质量作用下柔性梁的最优振动控制方案进行研究分析。根据柔性梁振动理论，考虑移动质量与柔性梁弹性振动之间的耦合作用，建立移动质量-柔性梁时变系统的振动方程。当移动质量刚好离开梁时给出终端时刻点，超越终端时刻的梁作自动振动，建立时不变系统的振动方程。若将以往适用时不变系统的最优控制方法应用于时变系统，会导致次优化效果。为此，采用多种控制设计方法对系统的振动响应进行抑制，讨论不同控制方案的优缺性。数值结果表明：对于特定的作动器位置，有必要采用具有时变特征的控制方法替代时不变控制方法；相比时变控制方法，采用状态相关的黎卡提方程（state-dependent riccati equation, 简称SDRE）控制方法得到的性能指标最优；基于增广矩阵的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,简称LQR)边界控制效果优于bangbang控制，前者控制策略得到的性能指标最优。

摘要:针对现有转子动平衡方法处理非平稳数据的不足，提出了基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法。该方法根据转频信号频率变化函数构造匹配的旋转算子，将启车信号的时频特征进行旋转，准确提取出转频分量。通过添加试重，结合全息动平衡方法获得各个转速下的迁移矩阵，实现转子全工况的动平衡，避免了传统动平衡方法需要获取稳态数据的缺点。实验结果表明，该方法可以方便、快捷地确定出转子的失衡量和失衡方位,有效降低转子系统不平衡振动，同时减少平衡过程中的启车次数。

摘要:针对液压泵振动信号通常具有非线性强和信噪比低的特点，提出了一种基于改进多重分形去趋势波动分析（multi fractal detrended fluctuation analysis，简称MF-DFA）的液压泵性能退化特征提取方法。首先，引入滑动窗口技术改进传统MF-DFA方法在时间序列数据分割过程中存在的不足，提高了MF-DFA方法的计算精度；然后，利用改进的MF-DFA方法计算液压泵多重分形谱参数，分析了不同分形谱参数对液压泵退化状态的反映能力，选取奇异指数α-0和多重分形谱宽度α作为退化特征量；最后，以液压泵不同退化状态下的实测数据为例验证了该算法的有效性。试验结果表明，该方法能够准确提取液压泵退化特征，提高了退化状态识别的准确率。

摘要:基于光纤光栅传感器(fiber Bragg grating,简称FBG)逆有限元方法(inverse finite element method,简称iFEM)，仅利用有限测点的应变数据进行全域应变场重构，得到近似完全测量应变模态，提高了直接采用实测应变数据来构建应变模态损伤指标的实用性。利用基于损伤应变模态差分原理的损伤指标法，只需用损伤后应变模态数据即能定位损伤，并给出了损伤指标数学模型。计算结果表明，基于光纤光栅传感器和逆有限元方法可以快速进行全域应变场重构，为基于应变模态的损伤检测提供数据保障，而应变模态差分曲线只在损伤处发生剧烈变化，损伤程度不同，曲线突变程度略有不同但规律一致。最后以某板的实验结果证明了该方法的有效性。

摘要:为了满足上置设备工作需要，高耸塔式结构基频要大于某一给定数值。通过对结构基频计算公式和结构变形曲线分析，增大结构基频应以降低结构顶部质量和提高结构底部刚度为主的频率调整基本原则。基于空间有限元理论，通过模态分析获得了结构的频率和振型。利用环境激励下结构振动模态参数识别方法对雷达塔进行动力检测。采用模态识别法求出结构的前三阶频率、振型和阻尼值。引入模态置信因子和标准化模态差准则，对计算振型数据和实测振型数据进行分析比较，以验证有限元计算的准确性。该研究成果为深入研究高耸塔式结构频率调整、准确预测结构的动力响应提供可靠依据。

摘要:针对传统的基于加速度控制的振动试验中极易出现的“过试验”现象，结合振动台结构动力学和电磁动力学方程，建立了振动台系统的机电耦合模型，获得了振动台输入电流、电压与界面力的映射关系，并通过试验验证了该方法给出的界面力结果与直接测力结果吻合较好，精度满足工程要求。界面力获取方法实施较为方便，与传统振动试验相比，无需改变界面条件，可作为力测量设备直接测力法的有益补充。

摘要:针对砂轮-电主轴系统的在线动平衡需求，提出了应用于砂轮-电主轴系统的电磁式自动平衡系统方案，设计开发了电磁式自动平衡系统的关键部件即电磁式自动平衡头。使用有限元方法对电磁式自动平衡头过盈配合设计方法展开研究，仿真结果表明，适用于笔者提出的电磁式自动平衡头的过盈量范围为4～16μm。选取5μm过盈量制作样机，满足实际使用要求。测试了该电磁式自动平衡头在1834 r/min转速下的振动抑制性能，振动加速度幅值降低80%以上。

摘要:着航空产业的发展，航空发动机故障诊断逐渐向智能化、精确化方向发展，针对这一趋势结合模糊聚类、粗糙集以及支持向量机理论，提出了一种航空发动机故障诊断方法。首先，运用模糊C均值聚类算法将连续数据离散化；然后，运用粗糙集的知识发现理论，在保持决策表的决策属性和条件属性之间的依赖关系不发生变化的前提下对决策表进行约简；最后，利用支持向量机适用于小样本数据处理的特性对样本进行学习得到最优超平面决策函数从而进行故障诊断。对航空发动机性能参数实例的验证结果表明，该方法对航空发动机故障具有较强的诊断能力，在不影响诊断率的基础上大大缩短了运算时间。因此，提出的算法具有较好的实用性和准确性。

摘要:针对航空发动机的实际故障特点，首先,分析了对航空发动机涡轮叶片三维叶尖间隙、包括叶尖表面径向间隙、轴向与周向倾角三维参数的变化信息进行光纤传感检测的需求；然后，针对拟采用的光纤传感器形式——双圈同轴光纤束传感器在反射面相对传感器端面存在径向间隙、空间倾角的情况下建立了三维空间输出调制函数模型，设计了接收光纤虚像端面与入射光斑的交叠面积补偿算法以及接收光纤虚像端面的平均光强修正算法；其次，对建立的传感器输出特性数学模型在反射面平行、仅存在轴向倾角、轴向周向均存在倾角这3种情况下分别进行了仿真计算,并与相同探头参数下的实验结果进行了对比分析；最后，对不同光纤传感器参数下的输出特性进行了仿真。结果表明，新建立的双圈同轴光纤束传感器三维空间输出特性数学模型不仅从理论角度还原出了传感器在反射面三维空间参数变化下的输出特性，还能指导不同三维空间位移测量应用下的光纤传感探头设计工作。

摘要:为实现对滚动轴承振动信号中特征频率成分的精确提取，提出了将互补总体平均经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,简称CEEMD)与小波包变换(wavelet package transform,简称WPT）相结合即CEMMD-WPT特征信号提取算法。两种方法的结合既有效解决了CEEMD分解后依然存在的模态混叠问题，又消除了进行WPT处理后产生虚假频率分量、频率混淆现象的影响。通过仿真试验验证了该方法的有效性，并应用于实际，取得很好的结果。

摘要:利用光纤光栅传感器和边缘滤波原理构建传感系统，结合小波分解与重构和支持向量机算法，对铝合金板声发射定位进行了研究。根据划分区域进行声发射实验，探索声发射源所在区域与信号特征之间的关系。在对声发射信号进行小波分解的基础上，使用近似系数和细节系数进行[JP2]重构，并对重构后的各信号计算其振荡能量作为信号特征，进行声发射区域识别。以重构信号的振荡能量作为输入、声发射区域位置类别作为输出构建支持向量机多分类模型，实现了声发射区域定位识别。实验结果表明，在400 mm×400 mm×2 mm的铝合金板上对36个测试样本进行了多次声发射区域定位识别，在180次模拟实验中实现了176次声发射区域准确定位，正确率达到97.78%，声发射区域识别精度为30 mm×30 mm。该研究结果为机械结构的声发射区域定位检测提供了有效方法。